海相少井潛山縫洞型碳酸鹽巖三維地質建模方法研究

代百祥 張沖 劉鑫 郇金來 甘永年

1.中海石油（中國）有限公司湛江分公司 廣東 湛江 524057

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南海西部北部灣盆地潿西南凹陷N油田為海相碳酸鹽巖潛山儲層，潛山儲層受到多重地質作用綜合影響，儲層的發育具有極強的非均質性，裂縫、溶洞為其主要儲滲空間，孔洞縫同時發育造成物性尺度差距大[1-2]，空間連通性與儲層非均質性的表征困難[3]。國內外針對裂縫及斷裂帶建模研究比較成熟，主要是利用地震約束結合隨機建模模擬斷裂及裂縫系統[4-8]。國外離散裂縫網絡方法建模技術也較為成熟[9-11]；國內利用云計算技術，解決了碳酸鹽巖復雜縫洞儲層多重介質模型千萬級網格數油藏數值模擬的難題[12]。海相油田面臨鉆井少、地震資料品質不高等實際情況，相關研究相對較少，主要集中在國外碳酸鹽巖儲層雙孔介質地質建模[13-14]。但N油田地震精度不高，對裂縫及溶洞的預測精準度不夠。地質統計學概率隨機建模既可以匹配油田地質規律，又能評價儲層的風險，而且離散裂縫網絡模型良好表征了裂縫系統特征，采用地質統計學概率隨機模擬方法與離散裂縫模型結合建立N油田裂縫模型，以期對后續開發調整提供新的依據。

1 研究區縫洞成因類型及孔隙特征

北部灣盆地是一個斷陷盆地，潿西南凹陷N油田分為2套，上覆古新統長流組為砂巖儲層，基底為石炭系碳酸鹽巖儲層[15-16]。N油田灰巖潛山經歷了長期的風化剝蝕，與上覆古、新近系呈不整合接觸，巖石特征表現為雙層結構，淺部風化帶內的溶蝕孔洞多被砂礫巖充填；灰云巖巖段則具有復雜的巖性和孔洞縫空間組合。

2 復雜縫洞建模方法

2.1 目前適用的裂縫建模方法

建模方法分為確定性建模及隨機建模，目前碳酸鹽巖建模方法主要有地震反演法、隨機建模、離散裂縫網絡模擬法。地震反演法利用反演螞蟻體追蹤斷裂及大的裂縫，不適用于小裂縫的模擬。地質統計學隨機模擬是它根據地質知識庫，明確各相在三維空間的概率分布，約束模擬適合地質認識的相模型，準確度較高，此方法能表征裂縫的空間幾何形態。綜合幾種方法優缺點，創新提出地質統計學隨機模擬方法利用各種孔隙類型在空間上的概率分布約束孔隙類型相模型建立，采用序貫高斯隨機模擬方法建立基質及孔洞相控屬性模型且利用離散裂縫建網絡模型方法建立裂縫網絡。

2.2 離散裂縫網絡建模方法

目前流行的離散裂縫網絡（DFN）模型，它通過對一系列具有不同形狀、坐標、尺寸、方位、開度等屬性的裂縫片集合在三維空間中的展布來表征裂縫網絡。Petrel軟件中利用Oda方法計算裂縫網格滲透率，它基于統計學計算網格裂縫滲透率張量，破裂張量僅僅和形狀，開度，尺寸和朝向等幾何形狀有關。

λ——修正常數 0～1/12；

Pkk——裂縫張量對角線分量之和；

Pij——裂縫張量；

δij——克羅內克符號。

式中：左邊表示滲透率張量，右邊λ值在裂縫完全斷開巖石的情況下用1/12，在其他情況下小于1/12。

3 地質統計學離散裂縫建模

3.1 孔洞縫相模型的建立

地質統計學模擬是用來表述儲層空間相關性，它建模流程是：基于地質認識，明確儲層特征參數，約束模擬建立相模型。序貫指示用不同的變差函數模擬不同的分布變量，從而表征不同的地質現象，能多信息的聯合約束相模擬。地質統計學隨機建模其實是利用地質統計學得到的地質知識庫約束相模型隨機模擬。碳酸鹽巖地質建模實際上分成裂縫模型與基質孔洞模型。單井縫洞分類將縫洞分為洞穴、裂縫溶洞、裂縫、裂縫孔隙四種相。地質統計學概率統計表明，裂縫發育度越高（裂縫在巖石中空間占比權重越大），采用概率分布約束，利用序貫指示隨機模擬方法建立縫洞相模型見圖1。結果表明，本區縫洞較為發育。

圖1 N油田不同孔隙類型

3.2 裂縫模型的建立

以裂縫發育概率體及距斷裂距離信息為條件約束，采用隨機模擬的示性點過程方法建立小尺度離散三維裂縫網絡模型。在巖溶相控下，采用地質統計學多屬性協同模擬技術，建立縫洞的三維概率分布模型。裂縫傾角方位角采用斷層的平均方位角，以北東向為主，東西向次之。裂縫開度采用測試的開度值，裂縫開度最大值0.014m，平均值0.0005m。隨機多次模擬縫洞發育指數模型，優選符合地質模式的模型見圖2。結果表明不同井之間裂縫發育密度差異較大。利用離散裂縫網絡建模方法建立碳酸鹽離散裂縫模型見圖3。從模擬的結果上看，全區裂縫較為發育，與主斷裂方向一致。

圖2 N油田縫洞發育指數模型圖

圖3 N油田離散裂縫模型圖

3.3 裂縫屬性的建立

裂縫滲透率模型的建主要是綜合計算效率和結果可靠性兩個方面的考慮，采用Oda校正的方法將離散裂縫模型等效到網格中見圖4。整體結果顯示，等效裂縫滲透率較高。最大值1088mD，平均值79mD ，滲透率值較大，流體會沿裂縫突進。

圖4 N油田裂縫滲透率模型圖

3.4 基質屬性模型的建立

由于裂縫對總孔隙的影響不大，故孔隙度模型利用常規的相控隨機模擬就可以得到。研究區基質滲透率利用相控隨機模擬得到，模擬結果表明基質滲透率平均值3mD ，基質滲透率較低。滲透率模型特征也與孔隙度模型比較相似，孔隙度高的部位滲透率較高見圖5。

圖5 N油田基質孔洞滲透率模型圖

4 應用效果

本區模擬的多孔介質模型與前期縫洞平面分布特征較為匹配，相控屬性模型很好表現了流體沿裂縫突進的特征，模型儲量也與地質儲量吻合。后期油藏數字模擬效果較好，進一步驗證了本區碳酸鹽地質建模的合理性。